概述
1. 来源
历史上早期出现的太阳能装置，主要为太阳能动力装置，大部分采用聚光集热器，只有少数采用平板集热器。为了提高效率，降低成本，或者为了满足特定的使用要求，开发研制了许多种平板集热器。
2. 平板集热器
平板集热器采用全铜材料，吸热涂层采用蓝色镀膜、黑铬技术，每平方集热板可代替150kg燃煤，相当147度电量，每平方集热水量80kg左右50℃以上，采用双循环、不易结垢，可排污，不会爆管，不怕冰雹，外盖采用钢化玻璃保护层，可承压，属于金属管之间焊接，使用寿命30年以上。
3. 分类
按工质分：有空气集热器和液体集热器，目前更多为液体集热器。
按吸热板芯材料分：有钢板铁管、全铜、全铝、铜铝合金、不锈钢、塑料及其它非金属集热器。
按结构分：有管板式、扁盒式、管翅式、热管翅片、蛇形管式集热器，还有带平面反射镜集热器盒的逆平板集热器。
按盖板类型分：有单层或多层玻璃、玻璃钢或高分子透明材料、透明隔热材料集热器等。目前，国内外比较普遍使用的是全铜集热器和钢铝复合集热器。
4. 平板集热器的优点
承压能力强，系统做成全封闭系统，避免了空气中氧气及杂质进入集热系统，可靠性高；用防冻液做导热介质，冬季彻底防冻，集热系统不用辅助热源，避免能量消耗；吸热面积大，集热器所占的建筑轮廓面积中吸热片占据绝大部分，是实现太阳能与建筑结合最佳选择的集热器类型之一。
5. 不足：
制作工艺较复杂、成本较高、和联集管集热器相比集热效率受环境温度影响大，夏季高、冬季低。
6. 技术参数
规格：2000mm X 1000mm X 80mm
板芯：全铜超声波焊接
外盖：钢化玻璃
保温层：25mm玻璃棉
底板、镀锌板：0.3mm
集管：25mm X 0.6mm x 1000mm
子管：10mm X 0.45mm X 1880mm
吸热片、紫铜：0.15mm X 140mm
防水材料：硅胶
技术原理
1. 透明盖板
1) 定义
透明盖板是让太阳辐射透过，抑制吸热板表面反射损失和对流损失，形成温室效应的主要部件。太阳能集热器的热损失主要是通过透明盖板散失到环境中的，因此对其进行优化设计非常重要。
2) 主要功能
透过太阳辐射；
保护集热板不受外界灰尘和雨雪侵蚀；
减少吸热板向环境的散热。
3) 要求
太阳辐射的透射率高、红外辐射的透射率低；
导热性差和耐蚀耐冲击性能好、寿命长；
有较强的自洁性能、便于清洗等。
4) 材料
(1) 平板玻璃，它具有红外辐射透过率低，导热性能差和耐蚀性能好等优点，但耐冲击性能较差，容易破碎。好的平板玻璃的透过率已达到0.9～0.91；
(2) 钢化玻璃，钢化玻璃的抗冲击强度是普通玻璃的4～5倍，抗弯曲强度是普通玻璃的3倍。用钢化玻璃代替普通玻璃可以减小厚度，从而提高透过率和减轻重量；
(3) 透明塑料薄膜，用氟树脂(如聚氟乙烯、西氟乙烯等)制成的薄膜有很好的透光性，透过率可达到0.92～0.94，耐老化性能也很好，价格便宜，不容易破碎。缺点是表面容易起毛以至影响透过率，软化点低，热胀系数较大；
(4) 玻璃钢板(玻璃纤维增强塑料板)，也叫玻璃钢采光板或玻璃钢采光瓦，表面覆盖抗紫外线膜，使用寿命长、透光性好，透过率可达88％以上。导热系数小(一般<1W/m.K)，保温效果好，耐冲击，热损失系数低于单层玻璃、塑料膜。阻燃耐温，可在一40℃到+120℃范围使用；
(5) 阳光板，是一种以聚碳酸树脂为原料，采用挤出成型法制造的工程塑料板材，学名聚碳酸酯板((Polycarbonate Panel)，简称PC板。具有透光性好(79％~85％)、隔热性能优异、强度高、质轻(1.2g/cm3)、隔声、阻燃、耐候(使用温度范围-40℃—120℃)、抗冲击、美观(多种颜色)等优点。
5) 材料选用原则
最大限度的提高透射率；寿命长；价格便宜。
这三者往往是矛盾的，必须综合考虑。
6) 盖板层数选择
透明盖板的层数取决于太阳能集热器的工作温度以及使用地区的气候条件。一般情况下，采用1～2层。双层盖板与单层盖板相比，减少了集热器的对流和辐射热损失，但同时降低了盖板的透过率，应用时应根据使用条件而定。根据我们的试验结果，对于太阳能空气集热器，当集热器出口温度在50℃以上时，使用双层盖板，可获得更高的集热效率。
2. 吸热板
1) 材料
吸热板的作用是将太阳辐射能转换为热能并把热能传递给载热体的一种能量转换和热量交换器。是平板型太阳能空气集热装置的核心部件，可以说是太阳能集热器的“心脏”。吸热板主要包括板材、表面涂层及板结构。
2) 技术要求
对集热板的技术要求有：
(1) 可以最大限度地吸收太阳辐射，且对红外辐射有较低的发射率；
(2) 传热性能好，可将吸收太阳辐射所产生的热能高效地传递给工作介质；
(3) 加工简单，造价低。
3) 选择性吸收涂层
为了提高集热板吸收太阳辐射的能力，在集热板上都覆盖着一层黑色涂层，称为太阳能吸收涂层。太阳能吸收涂层有两种类型：非选择性吸收涂层和选择性吸收涂层。非选择性涂层对太阳辐射的吸收特性和辐射波长无关，而选择性吸收涂层的吸收特性则随辐射波长而改变。
选择性涂层是专门针对太阳辐射的一种高效吸收涂层，是由以色列学者泰伯(Tabor)于上世纪50年代首次提出的，这一研究成果使太阳能热利用的取得重大突破，目前已获得广泛应用。选择性涂层对于太阳短波辐射具有高的吸收率，而对于长波辐射则吸收率很低。由于来自太阳的辐射主要集中在0.2~3 的短波区，因此被涂层强烈地吸收；而当吸热板受热后，向外发射的辐射能位于红外波段，涂层的发射率很低(吸收率≈发射率)，从而保证尽可能多地吸收太阳辐射并减少集热板向环境的辐射损失。
选择性涂层通常为多层膜结构，包括红外反射底层、吸收层和上部的减反射层等。
厚度一般在可见光的波长范围，即0.5 左右。选择性涂层可以用喷涂、化学、电化学、真空镀膜、磁控溅射等方法来制备。
吸热板结构示意图
4) 吸热板结构设计
由于吸热板同时肩负着将太阳辐射转换为热能和将热能交换给工作介质的两项基本功能，所以，除了尽可能的将太阳辐射转化为热能以外，还必须要考虑吸热板与上作介质的换热问题。对于太阳能空气集热器，由于工作介质——空气的导热系数低，粘度系数随温度升高变大。为加强吸热板与空气之叫的换热，必须要采取增加换热面积、破坏吸热板表面的热边界层等措施来增大吸热板与空气的换热系数。
吸热板采用V字型结构不但可以有效增加空气与吸热板的换热面积，而且由于V型结构的二次反射和吸收，也提高了吸热板对太阳辐射的吸收率。另外，在吸热板上打上小孔或构造人工突起来破坏热边界层，对提高吸热板与空气的换热系数也有一定的帮助。
5) 真空磁控溅射技术
所谓针真空磁控溅射技术就是一种利用阴极表面配合的磁场形成电子陷阱，使在E×B的作用下电子紧贴阴极表面飘移。设置一个与靶面电场正交的磁场，溅射时产生的快电子在正交的电磁场中作近似摆线运动，增加了电子行程，提高了气体的离化率，同时高能量粒子与气体碰撞后失去能量，基体温度较低，在不耐温材料上可以完成镀膜。这种技术是目前玻璃膜技术中的最尖端技术，是由航天工业、兵器工业、和核工业三个方面相结合的顶尖技术的民用化，目前民用主要是通过这种技术达到节能、环保等作用。
真空磁控溅射技术的分类：
1、平面磁控溅射
平衡平面溅射是最常用的平面靶磁控溅射，磁力线有闭合回路且与阴极平行，即在阴极表面构成一个正交的电磁场环形区域。等离子体被束缚在靶表面距离靶面大约60cm的区域，通常在基片上加负偏压来改善膜与基体的结合能力；非平衡平面磁控溅射为了将等离子区域扩展，利用磁体摆放方式的调整，可以方便的获得不同的非平衡磁控源。
2、圆柱磁控溅射沉积技术
利用圆柱形磁控阴极实现溅射的技术磁控源是关键部分，阴极在中心位置的叫磁控源；阳极在中心位置的叫反磁控源。
3、特殊溅射沉积技术
以上面几种做基础，为达到某些特殊目的而产生的溅射技术。
1、反应溅射：可分为两类，第一种情况是靶为纯金属、合金或混合物，通入的气体是反应气体，或Ar加上一部分反应气体；第二种情况是靶为化合物，在纯氩气气氛中溅射产生分解，使膜内缺少一种或多种靶成分，在溅射时需要补充反应气体以补偿损失的成分。常用的反应气体有氧、氮、氧+氮（空气）、乙炔、甲烷等。
1）反应过程，反应发生在表面--靶或基体上，活性气体也可以形成活性基团，溅射原子与活性基团碰撞也会形成化合物沉积在基体上。当通入的反应气体压强很低，或靶的溅射产额很高时化合物的合成发生在基体上，而且化合物的成分取决于溅射粒子和反应气体到达基体的相对速度，这种条件下，靶面的化学反应消失或者是化合物分解的速度远大于合成的速度；当气体压强继续升高，或溅射产额降低时化合反应达到某个域值，此后在靶上的化学合成速度大于逸出速度，认为化合物在靶面进行。
2）反应溅射参数与生成物性能的关系：在纯Ar状态下溅射沉积的时纯铝膜，当氮气被引入真空室后，靶面发生变化，随氮气的量不断上升，填充因子下降，膜内AlN含量上升，膜的介质性提高，方块电阻增加，当氮气达到某一值时，沉积膜就是纯的AlN。同时电流不变的条件下，电压下降，沉积速率降低。根据膜的导电性的高低可定性的将反应溅射过程分为两种模式--金属模式和化合物模式，介乎两者之间是过渡区。一般认为膜的方块电阻在1000之下是金属模式，大于几M为化合物模式。由于反应气体量的增加，靶面上会形成一层化合物，薄膜成分变化的同时沉积速率下降当气体量按原来增加量减少时，放电曲线及沉积速率都出现滞后现象。
直流反应溅射出现的问题：
1）靶的污染：靶表面形成了非导电的化合物或者导电很差的化合物之后，除了放电电压及沉积速率变化之外，还会因为靶面状况的动态变化引起膜成分及结构的变化；
2）阳极消失：当阳极上化合物沉积到一定厚度时就中断了电荷传导的通路，造成电荷不断积累，最终阳极失去作用，辉光放电不稳定，沉积的膜层性能不一致。因此经常清理阳极是必要的；
3）极间打火：随阴阳极覆盖化合物，导电性能变差或丧失使电子积累。若要维持辉光放电，必须提高外加电压，结果造成阴极表面化合物的击穿，形成弧光放电。严重的影响溅射过程的稳定性，并造成膜的缺陷。最有效的解决方法是改变放电模式，采用交流及脉冲溅射。
2、中频溅射及脉冲溅射:在靶上加一个交变电压，当工作在负电压阶段时，靶被溅射；工作在正电压阶段时，中和靶面积累的正电荷，这就是交流溅射技术。电压波形是非对称的矩形波的溅射方法称为脉冲溅射；电压波形是对称的方波或正弦波称交流溅射。在一个给定电场强度下，频率越高，溅射产额越低。实验发现在频率为60kHz、80kHz、500kHz和13.5MHz时的溅射产额分别为直流溅射时的100%、85%、70%和55%，通常取10--80kHz。因此也称交流溅射为中频溅射。 中频溅射常用于孪生靶，也叫对靶是近乎完全相同的两个靶相对而立，各自与电源的两个极相连，并与真空室处于悬浮状态。在溅射过程中，两个靶周期性的交替作为阴极和阳极处于低电位的靶吸引正离子产生溅射，处于高电位的另一个靶吸引电子中和靶面积累的正离子，抑制了溅射时的打火现象，同时消除了“阳极消失”现象。 中频孪生靶溅射技术有以下特点：
1）有高的沉积速率。中频溅射时靶功率密度是直流时的三倍情况下可以得到十倍的沉积速率；
2）膜内缺陷低。由于消除了打火现象膜内缺陷比直流溅射时低几个数量级；
3）膜内应力低，与基体结合力强。由于中频溅射时到达基体的原子能量高于直流溅射，因此沉积时基体温升高，形成的膜较致密； 4）连接简单。中频溅射时电源与靶的连接比射频（13.56MHz)溅射容易，后者需要复杂的阻抗匹配。
脉冲磁控溅射是采用脉冲电源或者直流电源与脉冲生成装置配合，输出脉冲电流驱动磁控溅射沉积。一般使用矩形波电压，既容易获得又有利于研究溅射放电等离子体的变化过程。工作模式与中频溅射。民用玻璃膜技术中的真空磁控溅射技术，主要是用于玻璃膜中的金属层，能够达到高清晰，并且是从原子级别进行重新排列和组合，而真正的金属膜是没有彩色的，有的就算金属原色，像银色、灰色等等，目前金属膜能够使得节能方面节约30%左右。
3. 保温材料
1) 作用
保温材料通常也称为隔热材料或绝热材料，是太阳能热利用系统中不可缺少的材料
之一，其作用是减少集热板向周围环境的散热。为了减少在能量的收集、输送和贮存过
程中的热损失，对系统中所有设备和装置都必须采取保温措施。
2) 要求
对保温材料的一般要求有导热系数小(一般应小于0.1W/m.K)；性能稳定，能耐受一定的温度，不变形；耐腐蚀，吸水率小；不易挥发和老化，不产生有害气体：安装方便，价格低。
4. 外壳
1) 作用
保护吸热板和保温材料；支持透明盖板；保证集热器具有一定的刚度，以便安装在支架上。
2) 材料要求
具有一定的刚度和强度；耐腐蚀；材料加工方便，可大量生产，价格便宜。
3) 常用材料的问题
外壳材料可以用金属、塑料、木材等，各自优缺点分别叙述如下：
(1) 钢板：钢板是一种常用的外壳材料。它的机械强度高，加工也方便，但耐蚀性不好。为了防止腐蚀，可以用镀锌或涂防锈漆加以保护；
(2) 木材：角铁-木材结构的集热器外壳，加工方便，最适于大型集热器。木制-外壳必须涂漆防腐。另外还要注意木材的变形问题；
(3) 塑料及玻璃钢：成型方便，甚至可以把外壳与保温层合成一体。具有耐腐蚀、重量轻等特点，适于小型集热器。但必须解决既要耐老化、强度高又要成本低的问题。
国内发展和应用现状
1. 发展现状综述
根据IEA报告，截止到2004年底，平板型集热器占总市场份额的35%，真空管集热器占41%。如果不统计无盖板的太阳能集热器，欧洲、日本和以色列等国家均是以平板型集热器为主，约占市场份额的90%；国内市场以真空管为主，2005年约占市场份额的87%，平板型集热器只占12%。
我国对选择性吸收材料的研究应用经历了从非选择性的普通黑漆到选择性的硫化铅、金属氧化物涂料，从黑镍、黑铬到铝阳极氧化涂层等几代的更替；目前我国平板集热器吸收表面主要采用铝条带上阳极氧化着色和铜条带上镀选择性涂层。
2. 原因分析
国内平板集热器从上世纪80年代的市场统治地位逐步下滑到12%左右，由众多因素造成：1）直接系统的平板热水器在冬季不能防冻，须排空，因此冬季不能使用并维护复杂；2）全玻璃真空管热水器在大部分地区可全年使用；3）全玻璃真空管由于技术创新，成本大幅度降低，生产企业迅速增加，促进太阳能热水器市场迅速扩大。
3. 发展方向
针对国内平板集热器与国外的技术和质量的差距，应采取以下措施提高平板集热器的性能和质量：
1）研究开发适用于平板太阳能集热器的选择性涂层，涂层应具有高吸收率、低红外发射率、优异的耐热耐湿耐候性能和适宜的加工成本；
2）广泛采用低铁高透过率盖板玻璃。目前已有多个玻璃厂家开始生产适用于太阳能集热器的低铁玻璃，国内外玻璃质量差距越来越小；
3）重视集热器的优化设计，改善制造工艺，保证结构的严密性，减小集热器的散热损失；
4）选用钢化玻璃作为集热器盖板，提高集热器部件质量，采用优化结构设计，确保集热器可以经受防冰雹、淋雨、空晒、耐压、热冲击等性能试验，提高集热器寿命，减少系统维护费用；
5）为适应寒冷地区、太阳能采暖和空调以及工业加热等特殊要求，应开发高效平板集热器。尽快使双层盖板和透明蜂窝等技术产业化，并提高其性价比，使高效平板集热器有较强市场竞争力；
6）跟踪国外平板集热器先进技术和工艺，开发新型平板集热器太阳能系统，提高平板集热器市场占有率。
国外发展和应用现状
1. 现状综述
国外太阳能市场始终以平板集热器为主，是因为国外太阳能系统设计理念的不同。国外系统一般采用间接系统、分体式系统和闭式承压系统，这类系统一般初投资高，但系统可靠、维护成本低、水质不会污染和系统寿命长。
2. 举例
国外发达国家，尤其是欧洲，选择性吸收涂层的生产主要有两个特点，其一是采用真空镀膜技术，其二是采用卷绕式连续镀膜方式。如丹麦的BATEC公司是生产黑铬吸收涂层的，在铜条带上采用连续电镀的方法进行生产，产品的光学性能及耐候性都很理想；德国几个生产选择性涂层的公司，如INTERPANE、TINOX、ALANOD公司都是采用真空方法或者连续生产方式进行吸收涂层生产的。
海尔几年来一直致力于平板集热器的开发，核心部件吸热紫铜条带吸收涂层使用德国TINOX技术，其在真空环境中把钛汽化，在钛的汽化物中加入氮气、氧气，使其通过化学反应生成氮氧化钛冷凝沉积到金属带上，此外石英被汽化后形成第二层减反射层并对氮氧化钛层起保护作用。
TINOX涂层是迄今为止唯一利用钛和石英代替镍和铬的涂层，在制作过程中不会污染水源也不会污染空气，是最具环保性的涂层；TINOX涂层吸收率高达95％，发射率约为4％；由于其优异的耐环境、耐老化性，TINOX涂层使用25年后，仍能保持其初始性能的95％以上。
3. 原因分析
针对这类系统，平板集热器体现出其自身的技术优势：1）平板集热器最适合用于承压系统；2）最适合于双循环的太阳能热水器；3）最有利用实现太阳能热水器与建筑结合；4）系统寿命长，维护费用低；5）大多数情况下可以提供更多的生活热水；6）平板集热器用于太阳能采暖系统时能较方便解决非采暖季节的系统过热问题。因此，在太阳能系统工程、分体式太阳能热水器和对太阳能与建筑一体化有要求的场所，平板集热器比全玻璃真空管集热器在系统寿命、系统维护等方面具有明显优势。
供应商信息
平板集热器供应商
浙江梅地亚新能源科技有限公司
苏州汇思阳光科技有限公司
美国美迪克太阳能源设备有限公司
北京市太阳能研究所有限公司
常州市圣能王子太阳能热水器制造厂
北京新源阳光科技有限公司
上海欧测国际认证检测中心
科携国际认证中心
沃证国际检测中心
浙江名庄能源设备有限公司
经典案例
一、工程概况：用户名称：湖北宜昌市某某中学：按客户提供参数：学校2栋楼，1250人/栋，共2500人，夏天1/3用热水，冬天1/3每天用热水；本工程以1栋楼1250人设计方案，平均值420-500人/日，按最大量500人用热水30L/天/人计算，每天设计55℃ 热水约为：500×30L/天=15000L，即客户日需总热水量约为 15吨 55℃。系统设计：按用户要求采用空气源热泵热水器热水系统；按总用水量100%设计日用热水量，热水量为15吨/天，（本用水标准为国内同类行业的统计结果）。
二、热泵系统方案：热水量为15吨/天。方案简述：热泵热水机组：2台 10G循环空气能热水器+ 30组太阳能方案+严冬辅助陶瓷电加热（安全稳定）的方式,配套 2个 6吨保温水箱；采用双机或多机并联和备份热水系统，全部设备安装于楼面或地面。夏秋天供热水 15-20吨/日，冬春季供热水 15-17吨/日。
依据当地的地理气象条件和建筑的使用功能等有关情况，(机组在恶劣工况条件下工作，工作温度范围：-5到40度）综合考虑投资、节能、环保以及使用功能等因素，提供本热泵热水系统方案，供贵方参考。
智能化控制：操作方便，机组为微电脑智能化控制，可线控或面板操作，可设置时间、温度，自动加冷水加温 热水。可显示机组故障。也可通过中央计算机集中监控，实现设备管理自动化及能量管理自动化。
三、热泵热水设备清单工程安装报价一览表 总价：305020元
15吨热水热泵机组 10G×2台+30组太阳能方案
设计方案永远防止太阳能热水器内壁与真空管内的水垢。
1空气能热泵机组NEKRS-10G台24100082000品牌2保温水箱6吨只21056021120内304外2013太阳能工程主机和支架Φ58×1800×50G组303500105000三高管4空气能热泵机组台00批328008400批21350027000批21220024400批123002300项2102002040060元/平方平方2406014400250元/平方平方000九、其它0305020一、热水工程主体设备二、智能控制系统和电器设备陶瓷电加热三、电磁阀和阀门泵四、保温管道配件过滤器防震装置基础支架工程费用合计五、其它设备避雷材料等六、安装调试费七、太阳能安装费调试费八、空调及采暖系统风机盘管和保温钢管新风系统。
太阳能工程主机占地 280-350平方米，（占据8-10平方/每组Φ58×1800×50G太阳能真空管50支，共采光面积5平方米）每组太阳能工程主机能产55度热水500公斤/日，或85-95度热水500公斤/二日，阴天或水温不够自动起动热泵加热热水。
一）、导热油太阳能热水器优势 ：冬季夏季都能产生的100度以上热水或蒸汽。
1、实现集热器与储热水箱的分离，与建筑完美结合。
2、导热油能储蓄能量。能升温到200-300度。
3、高效储热，封闭运行，日掉温少，免维护。
4、太阳能集热管是导热油、没有水，不炸管、不结垢、不冻管。
5、 集热管意外破损不影响系统运行和使用。
6、 即开即用，不用排空放水等待，节约水资源。
7、 耐零下45--50度低温、抗风雪能力强。
8、无承压设计，也可承压设计，使用方便。
9、新型介质为导热油的太阳能热水器或蒸汽发生器，包括由若干个介质为导热油的单元集热器并联组成的太阳能集热器总成，与太阳能集热器总成的介质输出管管路连接的保温水箱或蒸汽发生器，利用太阳能产生的100度以上热水或蒸汽，可供高温热水蒸汽蒸饭、烧开水和工农业生产应用。
太阳能三高管紫金管“三高”指的是耐高温，抗高寒，高效吸收，比普通管吸收多12%。零下30℃照常出热水；高温特效管，抗空晒，膜层在400℃条件下不老化、不衰减、不变色。
太阳能普通管普通管一般为白色,真空管：双层玻璃管，管内抽成真空，内管表面镀膜（提高阳光吸收率，反射小，利用率高，热传递效果好），真空管一端开口接水箱。原理：真空管吸热，管内水受热通过热传递及冷热微循环至水箱中储存并保温。优点：阳光利用率高，吸热效果好，热能损耗低缺点：出现坏管、爆管情况，影响整机使用（实际使用中较少出现此现象）。
备注:1.楼面要有380V,45KW电源;水压要够,否则要加冷水箱;以上工程设备安装热泵机组3米内和热水总出水口；含安装、调试及培训。
2、以上报价为不含税价，税率加6%；依情况提前10-30天预定设备！！！
3、用水方提供稳定的自来水压(≥2.5个压力)，及电线(电源380V电压)到热水机组旁。
4、不包入室热水管网、冷水管、电源等材料。业主需将电源、冷水管道接到近热水工程机组安装处。（在机组系统3米范围外的水管管道、电源线不包含在本工程报价中。）
5、不锈钢保温水箱内胆304不锈钢、中间保温层最先进的聚胺脂整体发泡、外层201不锈钢；保温效果好，永不生锈、热水无异味、使用寿命长等特点。
参考文献
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